나노기술 및 정책 정보

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중국 베이징(北京) 항공항천(航空航天) 대학교 Tong Liu 교수 연구팀은 수소 플라즈마-금속 반응을 통해 강한 자기 소모 능력을 가지고 있는 50nm 구슬 모양(Bead like)의 코발트 나노 입자를 개발하는데 성공하였음.

연구팀은 유전체 매개변수를 조절하기 위해 이산화 실리콘과 페놀알데히드 수지를 원 위치에서 중합하였으며, 카본 층, SiO2와 SiO2/카본 층을 구슬 상태의 코발트 핵에 코팅하여 각각 Co@C, Co@SiO2와 Co@SiO2@C 나노 복합 소재를 개발하였는데 연구팀이 개발한 Co@SiO2@C 나노 복합 소재 샘플은 최적의 전자기파(EMW) 흡수 성능을 보이는 것으로 나타났음.

연구팀이 개발한 샘플은 1.7mm 밖에 안 되는 두께 하에서 13.5 GHz일 때 최소 반사 소모(RL) 수치가 –39.6 dB와 RL <-10dB에 도달하며. 동 수치에 도달할 때 유효 흡수 대역 폭(EAB)이 7.6 GHz 수준에 도달하는 것으로 나타났음.

흡수 대역 폭(RL <20dB)의 폭은 14.2 GHz(3.8–18 GHz) 수준에 도달하고 두께는 1.3–5.0 mm 수준에 도달하는 것으로 나타났으며, 우수한 마이크로파 흡수 성능을 보유하고 있는 원인은 구슬 형태의 Co가 강한 자기 소모, 멀티 컴포넌트(Multi component) 간의 협동 효과 및 코어-쉘 구조 때문에 다중 극화(極化)와 다중 산란에 따른 것으로 나타났음.

연구팀은 Co@SiO2@C 나노 복합 소재는 고성능 마이크로파를 흡수하는 이상적인 후선(候選) 재료에 속한다는 점을 발견하였으며, 수소 플라즈마-금속 반응과 페놀알데히드 수지, 이산화 실리콘의 원 위치 중합을 통해 코어-쉘 구조를 보유하고 있는 다양한 나노 복합 소재를 개발하였으며, Co@SiO2@C 나노 복합 소재는 새로운 구슬 상태의 코발트 핵과 SiO2/카본 층을 가지고 있음.

Co@C와 Co@SiO2 나노 복합 소재를 비교해 보면, Co@SiO2@C 나노 복합 소재는 우수한 EWM 흡수 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 매칭 두께가 1.7mm밖에 되지 않고 RLmin이 13.5GHz에 도달할 때 관련 수치는 –39.6 dB에 달하고, -10 dB의 유효 대역폭은 7.6 GHz(10.3-17.9 GHz) 수준에 도달하는 것으로 나타났음.

우수한 흡수 성능을 보이는 원인은 자기 구슬 상태의 Co가 강한 자기 소모 특징을 가지는데 있으며, 멀티 컴포넌트(Multi component) 간의 협동 효과는 우수한 저항 매칭을 생성시키며, 코어-쉘 구조는 다중 극화(極化)와 다중 산란을 포함한 다양한 소모 루트를 만드는 것으로 나타났음.

Co@SiO2@C 나노 복합 소재는 EMW 흡수에 응용될 수 있는 잠재력이 큰 소재로서 가볍고, 효과적으로 흡수할 수 있는 대역폭이 크고, 흡수력이 강하며, 매칭 두께가 얇고, 화학 성분이 안정적인 특징을 가지고 있음.

본 연구 성과는 ‘Journal of Colloid and Interface Science’ ("Bead-like cobalt nanoparticles coated with dielectric SiO2and carbon shells for high-performance microwave absorber") 지에 게재됨.